TWI771794B - 空芯光子晶體光纖之毛細管之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於製造可用作一空芯光子晶體光纖之部分的一毛細管之方法。該方法包含：獲得具有包含一第一壁厚度之毛細管壁之一毛細管；及化學蝕刻該等毛細管壁以減小該毛細管壁之該壁厚度。在執行該蝕刻步驟期間，沿著該毛細管之長度局部改變一控制參數，該控制參數與該蝕刻步驟中所使用之一蝕刻劑之反應性有關，以便沿著該毛細管長度控制該毛細管壁之該經蝕刻壁厚度。亦揭示一種根據此方法所製造之毛細管及包含此毛細管之各種器件。

Description

空芯光子晶體光纖之毛細管之製造方法
本發明係關於一種空芯光子晶體光纖及一種以空芯光子晶體光纖為基礎之寬頻帶輻射產生器，且特定言之，與積體電路製造中之度量衡應用有關的此類寬頻帶輻射產生器。
微影裝置為經建構以將所要圖案施加至基板上之機器。微影裝置可用於例如積體電路(IC)之製造中。微影裝置可例如將圖案化器件(例如光罩)處之圖案(亦常常被稱作「設計佈局」或「設計」)投影至提供於基板(例如晶圓)上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。
為了將圖案投影於基板上，微影裝置可使用電磁輻射。此輻射之波長判定可形成於基板上之特徵之最小大小。當前在使用中之典型波長為365 nm(i線)、248 nm、193 nm及13.5 nm。與使用例如具有193 nm之波長之輻射的微影裝置相比，使用具有在4 nm至20 nm之範圍內(例如6.7 nm或13.5 nm)之波長之極紫外線(EUV)輻射的微影裝置可用以在基板上形成較小特徵。
低k1 微影可用以處理尺寸小於微影裝置之經典解析度極限的特徵。在此製程中，可將解析度公式表達為CD = k1 ×λ/NA，其中λ為所使用輻射之波長、NA為微影裝置中之投影光學件之數值孔徑、CD為「臨界尺寸」(通常為經印刷之最小特徵大小，但在此狀況下為半節距)且k1 為經驗解析度因數。一般而言，k1 愈小，則在基板上再生類似於由電路設計者規劃之形狀及尺寸以便達成特定電功能性及效能的圖案變得愈困難。為了克服此等困難，將複雜微調步驟應用至微影投影裝置及/或設計佈局。此等步驟包括例如但不限於：NA之最佳化、自訂照明方案、相移圖案化器件之使用、設計佈局之各種最佳化，諸如設計佈局中之光學近接校正(OPC，有時亦被稱作「光學及製程校正」)，或通常被定義為「解析度增強技術」(RET)之其他方法。替代地，用於控制微影裝置之穩定性之嚴格控制迴路可用以改良在低k1 下之圖案之再生。
度量衡工具用於IC製造製程之許多態樣中，例如作為用於在曝光之前適當定位基板之對準工具，用以量測基板之表面拓樸之位階量測工具，用於例如在製程控制中檢測/量測經曝光及/或經蝕刻產品的以焦點控制及散射量測為基礎之工具。在每一狀況下，皆需要輻射源。出於包括量測穩固性及準確度之各種原因，寬頻帶或白光輻射源愈來愈用於此類度量衡應用。將需要對目前器件進行改良以用於寬頻帶輻射產生。
在本發明之一第一態樣中，提供一種用於製造可用作一空芯光子晶體光纖之部分的一毛細管之方法，該方法包含：獲得具有包含一第一壁厚度之毛細管壁之一毛細管；化學蝕刻該等毛細管壁以減小該毛細管壁之該壁厚度；及在執行該蝕刻步驟期間，沿著該毛細管之長度局部改變一控制參數，該控制參數與該蝕刻步驟中所使用之一蝕刻劑之反應性有關，以便沿著該毛細管長度控制該毛細管壁之該經蝕刻壁厚度。
在本發明之一第二態樣中，提供一種製造一空芯光子晶體光纖之方法，其包含：執行該第一態樣之方法以製造複數個毛細管；及在一空芯周圍組裝該等毛細管以形成一空芯光子晶體光纖總成。
在本發明之一第三態樣中，提供一種光學組件，其包含：一空芯光子晶體光纖，其中：該空芯光子晶體光纖包含複數個毛細管，該等毛細管中之每一者之長度包含具有一第一壁厚度之一第一長度部分及具有一第二壁厚度之一第二長度部分；該第一長度部分及該第二長度部分各自具有一大體上均勻的毛細管內徑。
本發明之其他態樣包含一種包含該第三態樣之光學組件的寬頻帶光源及度量衡器件。
在本發明文件中，術語「輻射」及「光束」用以涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線輻射(例如，具有為365 nm、248 nm、193 nm、157 nm或126 nm之波長)及極紫外線輻射(EUV，例如，具有在約5 nm至100 nm之範圍內之波長)。
如本文中所使用之術語「倍縮光罩」、「光罩」或「圖案化器件」可被廣泛地解譯為係指可用以向入射輻射光束賦予經圖案化橫截面之通用圖案化器件，該經圖案化橫截面對應於待在基板之目標部分中產生之圖案。在此內容背景中，亦可使用術語「光閥」。除經典光罩(透射或反射、二元、相移、混合式等)以外，其他此類圖案化器件之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。
圖1示意性地描繪微影裝置LA。該微影裝置LA包括：照明系統(亦被稱作照明器) IL，其經組態以調節輻射光束B (例如UV輻射、DUV輻射或EUV輻射)；光罩支撐件(例如光罩台) MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如光罩) MA且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化器件MA之第一定位器PM；基板支撐件(例如晶圓台) WT，其經建構以固持基板(例如抗蝕劑塗佈晶圓) W且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位基板支撐件之第二定位器PW；及投影系統(例如折射投影透鏡系統) PS，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C (例如包含一或多個晶粒)上。
在操作中，照明系統IL例如經由光束遞送系統BD自輻射源SO接收輻射光束。照明系統IL可包括用於引導、塑形及/或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如，折射、反射、磁性、電磁、靜電及/或其他類型之光學組件，或其任何組合。照明器IL可用以調節輻射光束B，以在圖案化器件MA之平面處在其橫截面中具有所要空間及角強度分佈。
本文所使用之術語「投影系統」PS應被廣泛地解譯為涵蓋適於所使用之曝光輻射或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的各種類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及靜電光學系統，或其任何組合。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更一般之術語「投影系統」PS同義。
微影裝置LA可屬於一種類型，其中基板之至少一部分可由具有相對較高折射率之例如水之液體覆蓋，以便填充投影系統PS與基板W之間的空間-此亦被稱作浸潤微影。以引用方式併入本文中之US6952253中給出關於浸潤技術之更多資訊。
微影裝置LA亦可屬於具有兩個或多於兩個基板支撐件WT (又名「雙載物台」)之類型。在此「多載物台」機器中，可並行地使用基板支撐件WT，及/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板W之後續曝光的步驟，同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於在該另一基板W上曝光圖案。
除了基板支撐件WT以外微影裝置LA亦可包含量測載物台。量測載物台經配置以固持感測器及/或清潔器件。感測器可經配置以量測投影系統PS之屬性或輻射光束B之屬性。量測載物台可固持多個感測器。清潔器件可經配置以清潔微影裝置之部分，例如投影系統PS之部分或提供浸潤液體之系統之部分。量測載物台可在基板支撐件WT遠離投影系統PS時在投影系統PS下方移動。
在操作中，輻射光束B入射於被固持於光罩支撐件MT上之圖案化器件(例如光罩) MA上，且係由存在於圖案化器件MA上之圖案(設計佈局)而圖案化。在已橫穿光罩MA的情況下，輻射光束B穿過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置量測系統IF，可準確地移動基板支撐件WT，例如以便使不同目標部分C在輻射光束B之路徑中定位於經聚焦且對準之位置處。相似地，第一定位器PM及可能另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用以相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化器件MA。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件MA及基板W。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分，但該等標記可位於目標部分之間的空間中。當基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，此等基板對準標記P1、P2被稱為切割道對準標記。
如圖2中所展示，微影裝置LA可形成微影製造單元LC (有時亦被稱作微影製造單元(lithocell)或(微影)叢集)之部分，微影製造單元LC常常亦包括用以對基板W執行曝光前製程及曝光後製程之裝置。通常，此等裝置包括用以沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、用以顯影經曝光抗蝕劑之顯影器DE、例如用於調節基板W之溫度(例如用於調節抗蝕劑層中之溶劑)之冷卻板CH及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板W、在不同製程裝置之間移動基板W且將基板W遞送至微影裝置LA之裝載匣LB。微影製造單元中常常亦被集體地稱作塗佈顯影系統之器件通常係在塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，塗佈顯影系統控制單元TCU自身可受到監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦可例如經由微影控制單元LACU而控制微影裝置LA。
為了正確且一致地曝光由微影裝置LA曝光之基板W，需要檢測基板以量測經圖案化結構之屬性，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等。出於此目的，可在微影製造單元LC中包括檢測工具(圖中未繪示)。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光或對待對基板W執行之其他處理步驟進行例如調整，尤其是在同一批量或批次之其他基板W仍待曝光或處理之前進行檢測的情況下。
亦可被稱作度量衡裝置之檢測裝置用以判定基板W之屬性，且尤其判定不同基板W之屬性如何變化或與同一基板W之不同層相關聯之屬性在不同層間如何變化。檢測裝置可替代地經建構以識別基板W上之缺陷，且可例如為微影製造單元LC之部分，或可整合至微影裝置LA中，或可甚至為單機器件。檢測裝置可量測潛影(在曝光之後在抗蝕劑層中之影像)上之屬性，或半潛影(在曝光後烘烤步驟PEB之後在抗蝕劑層中之影像)上之屬性，或經顯影抗蝕劑影像(其中抗蝕劑之曝光部分或未曝光部分已被移除)上之屬性，或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後)上之屬性。
通常微影裝置LA中之圖案化製程為在處理中之最具決定性步驟中的一者，其需要基板W上之結構之尺寸標定及置放之高準確度。為了確保此高準確度，可將三個系統組合於所謂的「整體」控制環境中，如圖3示意性地所描繪。此等系統中之一者為微影裝置LA，其(實際上)連接至度量衡工具MT (第二系統)且連接至電腦系統CL (第三系統)。此「整體」環境之關鍵在於最佳化此三個系統之間的合作以增強總體製程窗且提供嚴格控制迴路，從而確保由微影裝置LA執行之圖案化保持在製程窗內。製程窗界定製程參數(例如劑量、焦點、疊對)之範圍，在該製程參數範圍內特定製造製程得到所界定結果(例如功能半導體器件)-通常在該製程參數範圍內，微影製程或圖案化製程中之製程參數被允許改變。
電腦系統CL可使用待圖案化之設計佈局(之部分)以預測使用哪種解析度增強技術且執行演算微影模擬及計算，以判定哪種光罩佈局及微影裝置設定達成圖案化製程之最大總體製程窗(在圖3中由第一標度SC1中之雙箭頭描繪)。通常，解析度增強技術經配置以匹配於微影裝置LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用以偵測在製程窗內何處微影裝置LA當前正操作(例如使用來自度量衡工具MT之輸入)，以預測歸因於例如次佳處理是否可存在缺陷(在圖3中由第二標度SC2中之指向「0」之箭頭描繪)。
度量衡工具MT可將輸入提供至電腦系統CL以實現準確模擬及預測，且可將回饋提供至微影裝置LA以識別例如微影裝置LA之校準狀態中的可能漂移(在圖3中由第三標度SC3中之多個箭頭描繪)。
在微影製程中，需要頻繁地進行所產生結構之量測(例如)以用於製程控制及驗證。用以進行此類量測之工具通常被稱為度量衡工具MT。用於進行此類量測之不同類型的度量衡工具MT為吾人所知，包括掃描電子顯微鏡或各種形式之散射計度量衡工具MT。散射計為多功能器具，其允許藉由在光瞳或與散射計之接物鏡之光瞳共軛的平面中具有感測器來量測微影製程之參數，量測通常被稱作以光瞳為基礎之量測，或藉由在影像平面或與影像平面共軛之平面中具有感測器來量測微影製程之參數，在此狀況下量測通常被稱作以影像或場為基礎之量測。全文係以引用方式併入本文中之專利申請案US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中進一步描述此類散射計及關聯量測技術。前述散射計可使用來自軟x射線及可見光至近IR波長範圍之光來量測光柵。
在第一實施例中，散射計MT為角度解析散射計。在此散射計中，重建構方法可應用於經量測信號以重建構或計算光柵之屬性。此重建構可例如由模擬散射輻射與目標結構之數學模型之相互作用且比較模擬結果與量測之結果引起。調整數學模型之參數直至經模擬相互作用產生相似於自真實目標觀測到之繞射圖案的繞射圖案為止。
在第二實施例中，散射計MT為光譜散射計MT。在此光譜散射計MT中，由輻射源發射之輻射經引導至目標上且來自目標之反射或散射輻射經引導至光譜儀偵測器，該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射之光譜(亦即依據波長而變化的強度之量測)。自此資料，可例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與經模擬光譜庫比較來重建構產生偵測到之光譜的目標之結構或剖面。
在第三實施例中，散射計MT為橢圓量測散射計。橢圓量測散射計允許藉由量測針對每一偏振狀態之散射輻射來判定微影製程之參數。此度量衡裝置藉由在度量衡裝置之照明區段中使用例如適當偏振濾光片來發射偏振光(諸如線性、圓形或橢圓)。適合於度量衡裝置之源亦可提供偏振輻射。全文係以引用方式併入本文中之美國專利申請案11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110及13/891,410中描述現有橢圓量測散射計之各種實施例。
圖4中描繪度量衡裝置，諸如散射計。其包含將輻射投影至基板W上之寬頻帶(白光)輻射投影儀2。反射或散射輻射傳遞至光譜儀偵測器4，該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射之光譜6 (亦即依據波長而變化的強度之量測)。自此資料，可由處理單元PU例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與圖3之底部處所展示之經模擬光譜庫的比較來重建構引起偵測到之光譜的結構或剖面8。一般而言，對於重建構，結構之一般形式係已知的，且根據用來製造結構之製程之知識來假定一些參數，從而僅留下結構之幾個參數以待根據散射量測資料予以判定。此散射計可組態為正入射散射計或斜入射散射計。
經由度量衡目標之量測的微影參數之總體量測品質係至少部分地由用以量測此微影參數之量測配方來判定。術語「基板量測配方」可包括量測自身之一或多個參數、經量測之一或多個圖案之一或多個參數，或此兩者。舉例而言，若用於基板量測配方中之量測為以繞射為基礎之光學量測，則量測之參數中之一或多者可包括輻射之波長、輻射之偏振、輻射相對於基板之入射角、輻射相對於基板上之圖案之定向，等等。用以選擇量測配方的準則中之一者可為例如量測參數中之一者對處理變化的敏感度。全文係以引用方式併入本文中之美國專利申請案US2016-0161863及已公佈美國專利申請案US 2016/0370717A1中描述更多實例。
用於IC製造之另一類型之度量衡工具為構形量測系統、位階感測器或高度感測器。此工具可整合於微影裝置中，用於量測基板(或晶圓)之頂部表面之構形。基板之構形的映圖(亦被稱作高度圖)可自指示依據在基板上之位置而變化的基板之高度的此等量測產生。此高度圖隨後可用以在將圖案轉印於基板上期間校正基板之位置，以便在基板上之適當聚焦位置中提供圖案化器件之空中影像。應理解，「高度」在此內容背景中係指相對於基板大致在平面之外的尺寸(亦被稱作Z軸)。通常，位階或高度感測器在固定位置(相對於其自身光學系統)處執行量測，且基板與位階或高度感測器之光學系統之間的相對移動導致在橫越基板之位置處進行高度量測。
圖5中示意性地展示如此項技術中已知之位階或高度感測器LS之實例，該圖5僅說明操作原理。在此實例中，位階感測器包含光學系統，該光學系統包括投影單元LSP及偵測單元LSD。投影單元LSP包含提供輻射光束LSB之輻射源LSO，該輻射光束由投影單元LSP之投影光柵PGR賦予。輻射源LSO可為例如窄頻帶或寬頻帶光源，諸如超連續譜光源，偏振或非偏振、脈衝或連續，諸如偏振或非偏振雷射光束。輻射源LSO可包括具有不同顏色或波長範圍之複數個輻射源，諸如複數個LED。位階感測器LS之輻射源LSO不限於可見光輻射，但另外地或替代地，可涵蓋UV及/或IR輻射及適合於自基板之表面反射的任何波長範圍。
投影光柵PGR為包含週期性結構之週期性光柵，該週期性結構產生具有週期性變化強度之輻射光束BE1。具有週期性變化強度之輻射光束BE1經引導朝向基板W上之量測位置MLO，該輻射光束相對於垂直於入射基板表面之軸線(Z軸)具有介於0度與90度之間，通常介於70度與80度之間的入射角ANG。在量測位置MLO處，經圖案化輻射光束BE1由基板W反射(由箭頭BE2指示)且經引導朝向偵測單元LSD。
為了判定量測位置MLO處之高度位階，位階感測器進一步包含偵測系統，該偵測系統包含偵測光柵DGR、偵測器DET，及用於處理偵測器DET之輸出信號之處理單元(圖中未繪示)。偵測光柵DGR可與投影光柵PGR相同。偵測器DET產生偵測器輸出信號，該偵測器輸出信號指示所接收之光，例如指示所接收之光之強度，諸如光偵測器，或表示所接收之強度之空間分佈，諸如攝影機。偵測器DET可包含一或多種偵測器類型之任何組合。
藉助於三角量測技術，可判定量測位置MLO處之高度位階。偵測到之高度位階通常與如由偵測器DET所量測之信號強度有關，該信號強度具有尤其取決於投影光柵PGR之設計及(傾斜)入射角ANG的週期性。
投影單元LSP及/或偵測單元LSD可沿著投影光柵PGR與偵測光柵DGR之間的經圖案化輻射光束之路徑而包括其他光學元件，諸如透鏡及/或鏡面(圖中未繪示)。
在一實施例中，可省略偵測光柵DGR，且可將偵測器DET置放於偵測光柵DGR所位於之位置處。此組態提供對投影光柵PGR之影像的更直接偵測。
為了有效地覆蓋基板W之表面，位階感測器LS可經組態以將量測光束BE1之陣列投影至基板W之表面上，藉此產生覆蓋較大量測範圍的量測區域MLO或光點之陣列。
例如在兩者以引用方式併入的US7265364及US7646471中揭示一般類型之各種高度感測器。在以引用方式併入的US2010233600A1中揭示使用UV輻射而非可見光或紅外線輻射的高度感測器。在以引用方式併入之WO2016102127A1中，描述使用多元件偵測器來偵測及辨識光柵影像之位置而無需偵測光柵的緊湊型高度感測器。
用於IC製造中之另一種類型之度量衡工具為對準感測器。因此，微影裝置之效能的關鍵態樣為能夠相對於敷設於先前層中(藉由相同裝置或不同微影裝置)之特徵正確且準確地置放經施加圖案。出於此目的，基板具備一或多組標記或目標。每一標記為稍後可使用位置感測器(通常為光學位置感測器)量測其位置的結構。位置感測器可被稱作「對準感測器」且標記可被稱作「對準標記」。
微影裝置可包括可藉以準確地量測提供於基板上之對準標記之位置的一或多個(例如，複數個)對準感測器。對準(或位置)感測器可使用光學現象，諸如繞射及干涉，以自形成於基板上之對準標記獲得位置資訊。用於當前微影裝置中之對準感測器之實例係基於如US6961116中所描述之自參考干涉計。已開發出位置感測器之各種增強及修改，例如US2015261097A1中所揭示。所有此等公開案之內容係以引用方式併入本文中。
圖6為諸如例如在US6961116中所描述且以引用方式併入的已知對準感測器AS之實施例的示意性方塊圖。輻射源RSO提供具有一或多個波長之輻射光束RB，該輻射光束係由轉向光學件轉向至標記(諸如位於基板W上之標記AM)上，而作為照明光點SP。在此實例中，轉向光學件包含光點鏡面SM及物鏡OL。藉以照明標記AM之照明光點SP之直徑可稍微小於標記自身之寬度。
由對準標記AM繞射之輻射(在此實例中經由物鏡OL)經準直成資訊攜載光束IB。術語「繞射」意欲包括來自標記之零階繞射(其可被稱作反射)。例如屬於上文所提及之US6961116中所揭示之類型的自參考干涉計SRI以自身干涉光束IB，之後光束係由光偵測器PD接收。可包括額外光學件(圖中未繪示)以在由輻射源RSO產生多於一個波長之狀況下提供單獨光束。光偵測器可為單一元件，或其視需要可包含多個像素。光偵測器可包含感測器陣列。
在此實例中包含光點鏡面SM之轉向光學件亦可用以阻擋自標記反射之零階輻射，使得資訊攜載光束IB僅包含來自標記AM之較高階繞射輻射(此對於量測並非必需的，但改良了信雜比)。
將強度信號SI供應至處理單元PU。藉由區塊SRI中之光學處理與單元PU中之演算處理之組合，輸出基板上相對於參考座標系之X位置及Y位置之值。
所說明類型之單一量測僅將標記之位置固定於對應於該標記之一個節距的某一範圍內。結合此量測來使用較粗略量測技術，以識別正弦波之哪一週期為含有經標記位置之週期。可在不同波長下重複較粗略及/或較精細層級下之同一製程，以用於提高準確度及/或用於穩固地偵測標記，而無關於製成標記之材料及供標記提供於上方及/或下方之材料。可光學地多工及解多工該等波長以便同時地處理該等波長，及/或可藉由分時或分頻而多工該等波長。
在此實例中，對準感測器及光點SP保持靜止，而基板W移動。對準感測器因此可剛性且準確地安裝至參考框架，同時在與基板W之移動方向相反之方向上有效地掃描標記AM。在此移動中藉由基板W安裝於基板支撐件上且基板定位系統控制基板支撐件之移動，來控制基板W。基板支撐件位置感測器(例如干涉計)量測基板支撐件(圖中未繪示)之位置。在一實施例中，一或多個(對準)標記提供於基板支撐件上。對提供於基板支撐件上之標記之位置的量測允許校準如由位置感測器判定之基板支撐件之位置(例如相對於對準系統連接至之框架)。對提供於基板上之對準標記之位置的量測允許判定基板相對於基板支撐件之位置。
對於光學半導體度量衡，檢測應用常常為較佳的，諸如在前述度量衡工具中之任一者中，輸出相干輻射之亮光源同時覆蓋寬波長範圍(例如自UV至IR)。此寬頻帶光源可藉由允許在相同設置/系統中對具有不同材料特性之晶圓進行光學檢查而無需任何硬體改變(例如改變光源以便具有特定波長)而有助於改良應用之靈活性及穩固性。允許針對特定應用來最佳化波長亦意謂可進一步提高量測之準確度。
基於氣體放電效應以同時發射多個波長的氣體雷射可用於此等應用中。然而，與氣體雷射相關聯的諸如高強度不穩定性及低空間不相干性之本質問題可能使其不合適。替代地，來自具有不同波長之多個雷射(例如固態雷射)之輸出可在空間上組合為度量衡或檢測系統之光學路徑以便提供多波長源。隨所要波長之數目而增加的複雜度及高實施成本防止將此解決方案廣泛使用。相比之下，以光纖為基礎之寬頻帶或白光雷射(亦稱為超連續譜雷射)能夠發射具有高空間相干性及寬光譜覆蓋範圍(例如自UV至IR)的輻射，且因此為極引人注目且實用的選項。
空芯光子晶體光纖(HC-PCF)為一種特殊類型之光纖，其包含中心空芯區及包圍該空芯之內部包層結構，其兩者沿著整個光纖軸向延伸。由內部包層波導結構啟用光導引機制，該內部包層波導結構可包含例如薄壁玻璃元件，其可被稱作反共振元件(ARE)。輻射因此主要被限制於空芯內部，且沿著呈橫向芯模式之形式的光纖傳播。
可工程設計多種類型之HC-PCF，各自基於不同的物理導引機制。兩個此類HC-PCF包括：空芯光子帶隙光纖(HC-PBF)及空芯反共振反射光纖(HC-ARF)。
HC-PCF包含填充有流體之中空通道，以使得其擁有用於各種光導引應用之所得的所要特性；該等應用例如使用HC-PBF進行高功率光束遞送及使用HC-ARF進行以氣體為基礎之白光產生(或超連續譜產生)。可在以引用方式併入本文中之美國專利US2004175085 (針對HC-PBF)及國際PCT專利申請案WO2017032454 (針對HC-ARF)中發現關於HC-PCF之設計及製造的細節。HC-PBF經組態以經由光子帶隙效應提供較低損耗但較窄頻寬光導引，該光子帶隙效應藉由包圍中心空芯之包層結構建立。然而，HC-ARF經工程設計以經由來自包層之光之反共振反射而顯著增寬透射頻寬。
圖7以橫截面描繪多種已知類型之HC-PCF，且為本文中所揭示之概念可與其結合使用及/或應用於其之HC-PCF之實例。圖7之(a)展示包含可果美(Kagome)晶格結構之可果美光纖。圖7之(b)展示單環或旋轉器光纖，其中空芯區由非接觸環之層形成及包圍。
圖7之(c)及圖7之(d)展示前述WO2017032454中揭示之HC-PCF之實際實例的橫向橫截面。圓圈表示ARE或外部包層區之固體材料，如石英玻璃或矽石，而陰影部分不含固體材料(抽空或填充有氣體或液體)。
每一HC-PCF包含空芯區10 (在圖7之(c)中由點線圓圈表示)、具有多個反共振元件(ARE) 21之內部包層區20及外部包層區30。空芯區10為在ARE 21之間的空白空間，沿著HC-PCF之縱向長度延伸且具有最小橫向芯尺寸D。內部包層區20之ARE 21可包含具有壁厚度t及最小橫向ARE尺寸d的毛細管。ARE 21可固定至外部包層區30之內表面。外部包層區30可包含由例如玻璃製成且提供HC-PCF之封閉包層的較大毛細管。
圖7之(c)之HC-PCF說明一實施例，其中ARE 21包含具有圓形橫向橫截面(例如內徑d = 13.6 μm且壁厚度t = 0.2 μm)之六個薄壁毛細管之單環，其以六重對稱圖案配置於外部包層區30之較大毛細管內以便產生直徑為D (完全相對ARE 21之間的最短距離)的中心空芯，其中例如D = 20 μm。外部包層區30可具有125 μm之外徑及38 μm之包層厚度。替代地，芯尺寸D可經選擇為在10 μm至1000 μm之範圍內，其中其他幾何參數(如d、t)相應地按比例調整。
圖7之(d)展示修改之實施例，其中ARE 21 (d = 13.6 μm，t = 0.2 μm且D = 20 μm)之多個(尤其兩個)同軸環以六重對稱性配置於外部包層區30內。為了固持ARE 21之內部環及外部環，支撐管22包括於HC-PCF中。支撐管22由例如直徑為例如48 μm的矽石製成。
如圖7之(c)及(d)中所展示之HC-PCF之實例可經修改，尤其在ARE 21之數目(ARE之數目可為例如4或5或7或更大)及環之數目(例如比圖7之(d)之兩個環實例更多的環，諸如三個環)方面。可以多種其他方式來改變ARE配置。每一ARE 21可具有例如橢圓形或多邊形橫截面；外部包層30之內部形狀可具有例如多邊形橫截面；且ARE 21之固體材料可包含例如塑膠材料，如PMA、玻璃，如矽石或軟玻璃。
對於以氣體為基礎之白光產生，HC-PCF可包含於氣胞內，該氣胞經設計成例如在高達數十巴(例如3至100巴之間)之壓力下操作。當由具有足夠峰值功率之超短泵浦雷射脈衝泵浦時，充氣之HC-PCF可充當光學頻率轉換器。自超短泵浦雷射脈衝至寬頻帶雷射脈衝之頻率轉換係由充氣光纖內部之分散及非線性光學製程的複雜相互作用來實現。經轉換雷射脈衝主要以橫向芯模式之形式被限制於空芯內，且經導引至光纖末端。輻射之部分(例如較高階橫向芯模式或特定波長)可經由內部包層波導結構自空芯洩漏，且在其沿著光纖傳播期間經歷強衰減。HC-PCF之芯區及包層區可經組態以使得較高階芯模式與較高階包層模式相位匹配。以此方式，較高階芯模式可與隨後衰減或經抑制之較高階包層模式共振耦合。以此方式，可在寬光譜範圍內獲得低損耗且有效單一橫向模式透射。
可經由調整泵浦雷射參數、填充氣體參數及光纖參數來改變及調諧沿著HC-PCF透射之雷射脈衝之時空透射特性(例如其頻譜振幅及相位)。該等透射特性可包括以下各者中之一或多者：輸出功率、輸出模式剖面、輸出時間剖面、輸出時間剖面之寬度(或輸出脈衝寬度)、輸出光譜剖面及輸出光譜剖面之頻寬(或輸出光譜頻寬)。該等泵浦雷射參數可包括以下各者中之一或多者：泵浦波長、泵浦沖能量、泵浦脈衝寬度、泵浦脈衝重複率。該等光纖參數可包括以下各者中之一或多者：光纖長度、空芯之大小及形狀、包層結構之大小及形狀、包圍空芯之壁之厚度。該等填充氣體參數可包括以下各者中之一或多者：氣體類型、氣體壓力及氣體溫度。
填充氣體可為諸如氬、氪及氙之惰性氣體，諸如氫、氘及氮之拉曼(Raman)活性氣體，或諸如氬/氫混合物、氙/氘混合物、氪/氮混合物或氮/氫混合物之氣體混合物。取決於填充氣體之類型，非線性光學製程可包括調變不穩定性(MI)、光固子分裂、克爾效應(Kerr effect)、拉曼效應及分散波產生，其細節描述於WO2018/127266A1及US9160137B1 (其兩者皆特此以引用方式併入)中。由於可藉由使氣胞壓力變化來調諧填充氣體之分散，因此可調整所產生之寬頻帶脈衝動力學及關聯光譜增寬特性，以便最佳化頻率轉換。所產生之寬頻帶雷射輸出可覆蓋自UV (例如＜200 nm)至中IR (例如＞2000 nm)之波長。
如圖8中所說明，寬頻帶光源器件100包含輸出泵浦脈衝串111之泵浦雷射110、對輸入泵浦脈衝進行光譜增寬之光學組件120及量測輸出寬頻帶光譜之光學診斷器件130。光學組件120包含具有特定光纖長度之HC-PCF (例如HC-ARF) 101及填充有處於特定壓力或具有壓力分佈之工作氣體或氣體混合物的氣胞102。氣胞102進一步包含位於氣胞102之各別末端處的輸入光學窗103a及輸出光學窗103b。輸入光學窗103a可操作以准許超短泵浦雷射脈衝經由該窗進入氣胞102中。在耦合至充氣HC-PCF 101中之後，泵浦雷射脈衝111沿著其經歷顯著光譜增寬之光纖傳播。所得寬頻帶雷射脈衝隨後自氣胞102經由輸出光學窗103b排出且由光學診斷器件130 (例如光譜儀)量測。
為了用工作氣體填充HC-PCF 101，氣胞102可與加壓氣體供應件或儲集器(圖中未繪示)連通。氣胞102之壁及窗103a、103b的內表面圍封空腔。氣室之軸線平行於HC-PCF 101之軸線。
基於充氣空芯光子晶體光纖(HC-PCF)之寬頻帶超連續譜光源之光學屬性(例如所產生光譜之形狀及屬性、導引損耗、彎曲損耗)強烈取決於芯區之幾何形狀。三個參數尤其相關： •芯直徑 (例如參看圖7之(c)，內切圓之直徑D定界ARE 21或毛細管之面向芯之表面)。芯直徑可受到系統之初級設計目標(泵浦波長、光譜、脈衝能量等)嚴格約束，此係由於其很大程度上判定光纖之非線性及分散屬性。 •毛細管直徑 ：毛細管直徑(圖7之(c)中之ARE直徑d)可在不顯著影響系統之光學屬性的一定程度上變化。更精確而言，此處之相關參數為毛細管直徑對芯直徑之比率，儘管如已經所陳述，芯直徑部分幾乎沒有靈活性。毛細管直徑部分有更大的範疇來改變此比率；然而，此範疇仍受限制，此係因為期望毛細管直徑屬於芯直徑之某一範圍以便有效地抑制較高階模式且達成低損耗。 •毛細管壁厚度 ：毛細管(ARE)壁之厚度(圖7之(c)中之參數t)判定光纖之光學限制損耗(通常，較厚毛細管壁在給定波長下導致較佳限制)。然而，當所產生超連續譜輻射之分量之光學波長變得與壁厚度「共振」時，光纖失去其導引屬性且在共振波長周圍發生強烈的過度損耗。作為實例，針對典型設計，基本共振可處於約2.3倍壁厚度的波長。
舉例而言，可展示用於毛細管壁厚度為300 nm的光纖之光譜將具有處於約700 nm之波長之基本共振，從而導致功率譜密度朝向較短波長之顯著降低。另外，在共振下之模式剖面通常高度失真且係非高斯的，且此類共振可造成偏振及光纖壽命問題。此外，光纖亦可顯示處於約350 nm之波長之二階共振，從而實際上致使此共振周圍的波長範圍不可用。對於毛細管壁厚度為150 nm的光纖，基本共振將處於約350 nm，從而再次負面地影響光纖對於此類波長之有用性。
因此，提議本文中所描述之應用的HC-PCF包含一毛細管壁厚度，該毛細管壁厚度經選擇為將共振波長定位處於光譜內對超連續譜產生輸出具有最小負面影響的波長；可能甚至將共振波長完全定位於操作波長帶之外。尤其對於UV應用，此意味著毛細管壁厚度應為極薄的。舉例而言，為了在無處於較長波長之至少一個共振的情況下獲得在UV範圍(例如約200 nm至250 nm之波長範圍)內之可用的輸出，毛細管壁厚度可必須為100 nm或更小，其中毛細管直徑對毛細管壁厚度之比率大於100：1。
雖然壁厚度為100 nm或更小的毛細管可在機械上足夠穩定以用於實際使用，但在習知PCF拉伸製程中直接拉伸此類毛細管極其困難。此可被直觀地理解：在PCF拉伸製程期間，隨著毛細管橫截面隨著毛細管行進通過拉伸烘箱之熱分區而收縮。同時，毛細管取決於芯與毛細管之間的壓差而擴展或收縮。毛細管壁變得愈薄，收縮或擴展比率對壓差愈敏感。在約100 nm壁厚度下，此敏感度可達到以足夠精度控制壓差、溫度及材料參數以達成所要芯對毛細管直徑之比率變得不切實際的點。
此處提議代替直接藉由所需參數拉伸毛細管，而是藉由舒適地在可控制之包封內之壁厚度(例如壁＞200nm厚)拉伸毛細管，且接著隨後在後續受控蝕刻步驟中減小毛細管(例如至＜100nm)。以此方式製造之毛細管可在經最佳化或經設計為輸出包括在UV範圍內之波長(例如約200 nm至250 nm之波長範圍)之寬頻帶輻射的HC-PCF中適用作ARE。
在一實施例中，蝕刻可包含用以減小壁厚度之濕式蝕刻製程。因而，HC-PCF之毛細管(反共振元件)之壁厚度可經由使用合適蝕刻化學物質或蝕刻劑(例如合適酸或鹼，諸如氫氟酸HF)之化學濕式蝕刻製程來減小。可通過光纖芯及毛細管抽汲此蝕刻劑之水溶液(例如HF之稀釋水溶液)以使壁變薄至所要厚度。
然而，實務上難以達成足夠均勻的蝕刻速率，且因此難以達成遍及所需光纖長度(其長度可為幾公分)均勻的(或以其他方式受控的)最終壁厚度，此係因為蝕刻劑之反應性趨向於沿著毛細管變化(例如降低)。此可能係由於蝕刻劑在其穿過毛細管期間被消耗及/或由於蝕刻製程之副產物之積聚效應所致。蝕刻速率對光纖中之位置及因此曝光時間的確切相依性呈現為複雜的(例如取決於局部pH，無論是使用緩衝抑或非緩衝蝕刻劑等等)。應注意，動力學根本上不同於例如半導體處理中之蝕刻製程，在半導體處理中，通常可用蝕刻劑之幾乎無窮盡的供應。蝕刻劑之低蝕刻速率及高總反應性可為較佳的，使得將耗盡保持至最小。此可運用緩衝(BOE)蝕刻劑來達成；然而，當此等蝕刻劑流經毛細管時仍觀測到其遭受蝕刻速率之衰減。原因尚不完全理解，但很可能與局部pH之改變有關。
因此提議將溫度梯度應用至毛細管，例如以相對於沿著光纖/毛細管長度之位置局部地控制溫度。大多數蝕刻劑之反應性係溫度相關的，且反應性降低可藉由合適的溫度校正控制來補償以便達成均勻蝕刻速率且因此達成均勻壁厚度。此溫度控制可包含溫度梯度，該溫度梯度在入口(亦即，其中蝕刻化學物質被引入至毛細管中)處較冷，在該溫度梯度下基礎反應性係高的，其中溫度朝向出口(亦即，自毛細管移除蝕刻化學物質之處)逐漸增加。實務上，已達成＜10nm之壁厚度均勻性，從而將300nm之初始壁厚度減小至100 nm(亦即＜5%的蝕刻速率變化)。
在濕式蝕刻之替代實施例中，乾式蝕刻(例如諸如HF氣體之氣態蝕刻劑)係可能的，儘管毛細管之表面品質可能不如針對濕式蝕刻一樣好。在此實施例中，可以與濕式蝕刻實施例相似之方式經由局部溫度控制來控制蝕刻速率。關於局部反應性控制之任何其他合適實施例亦係可能的且在本發明之範疇內。舉例而言，感光性蝕刻劑(亦即，具有感光性反應性之蝕刻劑)可與合適輻射強度之局部控制一起使用，以局部控制蝕刻劑之光活化(例如使毛細管在蝕刻期間沿著其長度經受強度梯度)。
HC-PCF之約束損耗及彎曲損耗取決於毛細管之壁厚度，且針對長於第一(基本)共振之波長，較厚壁導致較佳約束。在以典型調變不穩定性(MI)為基礎之單芯源中，泵浦輻射最初僅經歷較小程度之光譜增寬。在沿著光纖傳播期間之某一點處，光譜突然增寬，該增寬光譜包含受芯牆共振之發生影響的波長。因此，為了改良功率效率，可需要使用具有較厚毛細管壁之光纖，其中光譜係窄的且被限制至較長波長，且光譜係寬的且避免了共振之較薄毛細管壁係合乎需要的。
芯壁共振亦可變更光纖之局部分散剖面(例如在共振之每一側上產生分散零交叉)。因而，可需要移動沿著光纖逐漸發生此等局部變更所處之波長，以改良所產生之超連續譜之屬性(例如增大UV/DUV波長之覆蓋範圍及/或展平光譜)。
因此，提議擴展局部蝕刻速率控制概念以例如藉由在蝕刻製程期間應用合適溫度(或光強度)剖面，來謹慎地產生非均勻毛細管壁厚度剖面(例如以修改分散屬性)。可進行此操作以改良限制及/或移動發生局部分散剖面變更所處之波長。
圖9說明根據此實施例所製造之毛細管900的橫截面。此毛細管壁厚度剖面可包含：沿著該毛細管之第一部分910的小於100 nm之壁厚度t1 ，該第一部分對應於HC-PCF之主要超連續譜產生區(例如用於產生在UV範圍內之輻射)；及在用於接收泵浦輻射930的光纖之末端處在該毛細管之第二部分920處的較厚毛細管壁厚度t2 (例如大於100 nm、大於150 nm或大於200 nm)。此可藉由在蝕刻第二部分期間接著在蝕刻第一部分時溫度的相應降低(例如步階降低)來達成。完整的溫度剖面因此可包含溫度梯度，以維持針對第一部分910之很大程度上均勻的壁厚度及對應於第一部分與第二部分之間的轉變點/區940的溫度剖面之步階降低。亦可存在溫度梯度以維持針對第二(較厚)部分920之很大程度上均勻的壁厚度，但此區中之均勻厚度較不重要。在一實施例中，第二部分可顯著短於第一部分(例如第一部分可包含毛細管長度的超過60%、超過70%、超過80%、超過90%或超過95%)。該兩個部分可包含均勻的內徑(其如所說明可大體上相等或可不同)。
在一實施例中，毛細管可經塌陷以界定空芯光子晶體光纖之每一末端處的楔形芯區，該楔形芯區界定其中空芯光子晶體光纖之空芯具有朝向空芯光子晶體光纖之每一末端之增大直徑的區。此可改良超連續譜源之壽命，如以引用方式併入本文中之歐洲專利申請案WO2018/210598中所描述。
圖10為描述根據一實施例的製造HC-PCF之方法的流程圖。在步驟1000處，以對拉伸製程舒適可控制地拉伸的壁厚度來拉伸毛細管(亦即，以例如根據圖7之組態中之任一者或其任何變化形成作為HC-PCF之部分的ARE)。在步驟1010處，例如憑經驗/藉由試誤法判定合適的溫度剖面。此可包含在變化溫度下針對不同時間及/或流動速率蝕刻若干測試光纖、量測所得壁厚度(例如藉由拍攝SEM圖像破壞性地)且參數化結果。替代地，可藉由蝕刻製程之模型化來判定溫度剖面。在步驟1020處，在每一毛細管之(例如內)壁之蝕刻期間局部地應用此溫度剖面，以便使其變薄至所要厚度。此步驟可包含在毛細管之一末端處引入蝕刻劑且在蝕刻期間沿著毛細管長度局部地改變溫度。步驟1010及1020可界定及應用溫度控制以提供遍及整個長度很大程度上(例如儘可能實際地遍及)均勻的厚度，或界定任何其他厚度剖面(諸如圖9中所說明之剖面)。選用步驟1030可包含使毛細管之末端塌陷。
替代步驟1010或除了步驟1010以外，可在蝕刻期間藉由監測在蝕刻期間之毛細管厚度來判定施加溫度，且相應地以回饋方法調整溫度。
替代以上揭示內容或除了以上揭示內容以外，可藉由自兩側蝕刻光纖以便使所需時間減半來獲得所要壁剖面。此平均化了蝕刻速率之變化(以某均勻性為代價)。
替代以上揭示內容或除了以上揭示內容以外，可在儘可能短的時間內填充光纖，之後停止流動且繼續進行蝕刻製程直至耗盡；之後清除蝕刻劑。若可在比耗盡蝕刻劑所花費的時間短得多的時間內填充光纖，則沿著長度之蝕刻將在很大程度上係均勻的。
在上述實施例中或當通常蝕刻毛細管時，蝕刻流體供應線至光纖之連接意謂流體變得通過許多平行路徑或通道(例如通過每一毛細管之路徑及在外部包層內在毛細管之外的單獨路徑)分佈。由於每一通道具有其自身流動阻抗，因此此導致此等通道中之每一者內部有不同的蝕刻速率，較高阻抗導致較低流動且因此導致蝕刻劑之濃度之較大梯度。此阻礙了對沿著光纖且亦在不同通道之間的最終壁尺寸之控制。
對面向(及界定)光纖之空芯的每一毛細管之壁之部分之厚度的控制特別重要，此係由於此厚度直接關聯至光纖之波長相依損耗。
為解決此問題，在一實施例中，提議以在蝕刻製程期間蝕刻劑僅流經單一通路之方式執行蝕刻。為進行此操作，提議在蝕刻步驟之前使毛細管塌陷使得在蝕刻期間無蝕刻劑進入及流經毛細管通道。舉例而言，可使用上文(例如在選用步驟1030中)及在前述WO2018/210598中已經描述的方法來執行塌陷。此實施例可為單獨的單機實施例，或可與以上所描述之實施例中之任一者結合來執行，其中局部改變控制參數以局部地控制蝕刻速率。
圖11說明此途徑。圖11以橫截面展示沿著縱向軸線(頂部)及分別沿著A-A及B-B垂直於縱向軸線(底部)的HC-PCF。該HC-PCF包含具有塌陷末端1125之ARE/毛細管1121，使得該等末端被密封至經由入口1140而引入之蝕刻劑(陰影區) 1135。因此在外部包層1130內含有蝕刻劑1135，但該蝕刻劑1135不進入毛細管1121。因而，僅存在通過HC-PCF之單一蝕刻劑路徑且僅自外部蝕刻毛細管1121。
在蝕刻之後，可分裂光纖末端以重建敞開的毛細管。在此之後，可(再次)執行選用末端塌陷步驟(步驟1030)，以如已描述改良超連續譜源之壽命。
在另一實施例中，提議以流動及溫度循環之序列執行之毛細管壁之蝕刻促使沿著光纖之均質的蝕刻速率且避免流動速率與加熱器產生之溫度剖面之間的精密平衡作用。每一循環產生自毛細管壁進行之玻璃之經量化移除。此實施例可為單獨的單機實施例，或可與以上所描述之實施例中之任一者結合來執行；例如，其中局部改變控制參數以局部地控制蝕刻速率及/或封閉毛細管以界定單一蝕刻劑路徑。
該實施例可使用具有極低濃度之蝕刻流體(例如水中0.1%至0.5%的HF)來執行。可藉助於溫度控制元件將光纖維持處於穩定溫度，從而產生沿著光纖之高溫均質性(例如使用如先前所描述之局部溫度控制)。
圖12之(a)為描述此方法之流程圖。該方法可包含步驟1200至1205之重複循環： 1200.  降低HC-PCF及/或蝕刻劑之溫度(例如小於5℃，例如至約3℃)； 1201. 建立具有零蝕刻劑濃度(0% HF)之流動直至光纖被完全滲透； 1202. 建立具有蝕刻劑之流動(例如低濃度，諸如約0.5%HF)直至光纖被完全滲透。在此濃度/溫度下之蝕刻速率將為極低的； 1203. 停止蝕刻流體流動； 1204. 增加溫度(例如至超過20℃、超過30℃、超過35℃或約40℃)使得蝕刻速率極大地增大； 1205. 等待直至所有蝕刻劑已變得完全耗盡(蝕刻劑之濃度變得實際上為0%)。歸因於沿著光纖之均質起始條件及沿著光纖之高流動阻抗，毛細管壁將以固定縮減被蝕刻。 重複步驟1200至1205 M次；之後執行兩個最終步驟來完成； 1206. 降低溫度(例如小於5℃，例如至約3℃)；及 1207. 以0% HF沖洗直至光纖被完全滲透。
增強之蝕刻步驟(步驟1202)可伴隨著(或部分或完全地替換為)使用感光性蝕刻劑進行之蝕刻製程之增加之光活化。
每一循環將自毛細管壁移除經量化之量的厚度。藉由使蝕刻循環製程自動化，可更精確地控制壁厚度減小之總量。
圖12之(b)為處理循環之圖形表示，其展示溫度(實線)、存在於光纖內部之蝕刻劑濃度(點線)及自毛細管壁移除固定量玻璃之時間間隔(陰影區)的標繪圖。該曲線圖在x軸上具有時間且在y軸上在高H與低L之間變化；亦即，高-低蝕刻劑濃度或高-低溫度。
圖11及圖12之實施例以及圖11及圖12之以上論述中所呈現之實施例亦可獨立於其中局部地改變蝕刻製程之控制參數之先前所論述實施例來使用。換言之，封閉一或多個毛細管之一末端且具有運用例如相對較低濃度蝕刻液體進行之蝕刻之受控循環亦可用以較佳控制毛細管之壁厚度。
在以下經編號條項之後續清單中揭示另外實施例： 1.     一種用於製造可用作一空芯光子晶體光纖之部分的一毛細管之方法，該方法包含： 獲得具有包含一第一壁厚度之毛細管壁之一毛細管； 化學蝕刻該等毛細管壁以減小該毛細管壁之該壁厚度；及 在執行該蝕刻步驟期間，沿著該毛細管之長度局部改變一控制參數，該控制參數與該蝕刻步驟中所使用之一蝕刻劑之反應性有關，以便沿著該毛細管長度控制該毛細管壁之該經蝕刻壁厚度。 2.     如條項1之方法，其中該改變一控制參數包含：在該蝕刻步驟期間控制局部溫度。 3.     如條項2之方法，其包含沿著該毛細管長度自一蝕刻劑入口至一蝕刻劑出口增加該溫度。 4.     如條項1之方法，其中該蝕刻劑係感光性的，且該改變一控制參數包含：控制可操作以照明該蝕刻劑之一額外輻射源之輻射強度。 5.     如條項4之方法，其包含沿著該毛細管長度自一蝕刻劑入口至一蝕刻劑出口增加該輻射強度。 6.     如任一前述條項之方法，其包含根據一控制參數剖面改變該控制參數，該控制參數剖面相對於該毛細管長度界定用於該控制參數之一應用局部值。 7.     如任一前述條項之方法，其中該改變該控制參數包含：改變該控制參數以界定遍及該毛細管長度之至少一部分之一大體上均勻的第一經蝕刻壁厚度。 8.     如任一前述條項之方法，其中該改變該控制參數包含：改變該控制參數以界定遍及該整個毛細管長度之該大體上均勻的第一經蝕刻壁厚度。 9.     如條項1至7中任一項之方法，其中該改變該控制參數包含：改變該控制參數以界定遍及該毛細管長度之一非均勻的經蝕刻壁厚度。 10.   如條項9之方法，其中該非均勻的經蝕刻壁厚度包含遍及該毛細管長度之一第一部分之一第一經蝕刻壁厚度及遍及該毛細管長度之一第二部分之一第二經蝕刻壁厚度。 11.   如條項10之方法，其中該第二經蝕刻壁厚度大於100 nm。 12.   如條項7至11中任一項之方法，其中該第一經蝕刻壁厚度小於100 nm。 13.   如任一前述條項之方法，其中該蝕刻劑係一濕蝕刻劑。 14.   如條項1至12中任一項之方法，其中該蝕刻劑係一干蝕刻劑。 15.   如任一前述條項之方法，其包含將該毛細管拉伸至該第一壁厚度之初始步驟。 16.   如任一前述條項之方法，其中以該蝕刻劑之極低反應性與該蝕刻劑之較高反應性之重複循環來執行該蝕刻步驟。 17.   如條項16之方法，其中藉由使該控制參數在導致極低反應性之一值與導致較高反應性之一值之間重複循環來控制該等重複循環。 18.   如條項17之方法，其中針對每一循環，將該控制參數維持處於導致較高反應性之該值直至該蝕刻劑被完全耗盡。 19.   如條項16、17或18之方法，其中該蝕刻劑濃度不到一活性蝕刻劑化學物質的0.5%。 20.   如條項16至19中任一項之方法，其中該方法包括將該溫度降低至低於5攝氏度及用不含活性蝕刻劑化學物質之一流體沖洗該毛細管的初始步驟及最終步驟。 21.   一種製造一空芯光子晶體光纖之方法，其包含： 執行如任一前述條項之方法以在一空芯周圍製造複數個毛細管以形成一空芯光子晶體光纖總成。 22.   如條項21之方法，其包含： 在執行該蝕刻步驟之前，密封該複數個毛細管中之每一者之至少一個末端使得僅存在一單一蝕刻劑路徑，其中蝕刻劑不被容許進入該等毛細管。 23.   如條項22之方法，其中該密封步驟包含在將該蝕刻劑引入至該空芯光子晶體光纖總成中的一末端處使該等毛細管之該等末端塌陷。 24.   如條項22或23之方法，其進一步包含： 將該空芯光子晶體光纖總成包覆於一氣胞中；及 在該氣胞內引入一氣體介質。 25.   如條項22、23或24之方法，其進一步包含使該等毛細管之該等末端塌陷。 26.   如條項22至25中任一項之方法，其中該局部改變一控制參數包含：局部改變一控制參數以改良該等毛細管沿著其長度之一局部分散剖面，以實現自該空芯光子晶體光纖之經最佳化超連續譜產生。 27.   一種製造一空芯光子晶體光纖之方法，其包含： 在一空芯周圍製造複數個毛細管以形成一空芯光子晶體光纖總成； 密封該複數個毛細管中之每一者之至少一個末端；及 將一蝕刻劑引入至該空芯光子晶體光纖總成中以化學蝕刻毛細管壁且減小其壁厚度，該蝕刻僅藉由通過空芯光子晶體光纖總成之一單一蝕刻劑路徑來執行且蝕刻劑不被容許進入該等毛細管。 28.   如條項27之方法，其中該密封步驟包含在將該蝕刻劑引入至該空芯光子晶體光纖總成中的一末端處使該等毛細管之該等末端塌陷。 29.   一種製造一空芯光子晶體光纖之方法，其包含： 在一空芯周圍製造複數個毛細管以形成一空芯光子晶體光纖總成；及 將一蝕刻劑引入至該空芯光子晶體光纖總成中以化學蝕刻毛細管壁且減小其壁厚度，該蝕刻係以該蝕刻劑之極低反應性與該蝕刻劑之較高反應性之重複循環來執行。 30.   如條項29之方法，其中藉由使至少一個控制參數在導致極低反應性之一值與導致較高反應性之一值之間重複循環來控制該等重複循環。 31.   如條項29或30之方法，其中該控制參數包含溫度。 32.   如條項29、30或31之方法，該蝕刻劑係感光性的，且該改變一控制參數包含：控制可操作以照明該蝕刻劑之一額外輻射源之輻射強度。 33.   如條項29至32中任一項之方法，其中針對每一循環，將該控制參數維持處於導致較高反應性之該值直至該蝕刻劑被完全耗盡。 34.   如條項29至33中任一項之方法，其中該蝕刻劑濃度不到一活性蝕刻劑化學物質的0.5%。 35.   如條項29至34中任一項之方法，其中該方法包括將該溫度降低至低於5攝氏度及用不含活性蝕刻劑化學物質之一流體沖洗該空芯光子晶體光纖總成的初始步驟及最終步驟。 36.   如條項29至35中任一項之方法，其包含在執行該蝕刻步驟之前，密封該複數個毛細管中之每一者之至少一個末端使得僅存在一單一蝕刻劑路徑，其中蝕刻劑不被容許進入該等毛細管。 37.   如條項36之方法，其中該密封步驟包含在將該蝕刻劑引入至該空芯光子晶體光纖總成中的一末端處使該等毛細管之該等末端塌陷。 38.   一種光學組件，其包含： 一空芯光子晶體光纖，其中： 該空芯光子晶體光纖包含複數個毛細管，該等毛細管中之每一者之長度包含具有一第一壁厚度之一第一長度部分及具有一第二壁厚度之一第二長度部分；該第一長度部分及該第二長度部分各自具有一大體上均勻的毛細管內徑。 39.   如條項38之光學組件，其中該第一長度部分及該第二長度部分各自具有大體上相同的毛細管內徑。 40.   如條項38或39之光學組件，其中該第二長度部分對應於該空芯光子晶體光纖之用於接收泵浦輻射的一入口端，且該第二壁厚度厚於該第一壁厚度。 41.   如條項40之光學組件，其中該第一壁厚度小於100 nm且該第二壁厚度大於100 nm。 42.   如條項38至41中任一項之光學組件，其中該第一壁厚度係使得毛細管壁之共振波長處於對該光學組件之一寬頻帶輸出有最小影響的波長。 43.   如條項38至42中任一項之光學組件，其中該等毛細管之該第一長度部分對應於該空芯光子晶體光纖在由於由泵浦輻射之激發而在該光纖內發生光譜之一快速增寬的一位置之前的一長度，且該等毛細管之該第二長度部分對應於該空芯光子晶體光纖在由於由泵浦輻射之激發而在該光纖內發生該光譜之該快速增寬的該位置之後的一長度。 44.   如條項38至43中任一項之光學組件，其中該第一長度部分包含該毛細管長度的70%或更多。 45.   如條項38至44中任一項之光學組件，其包含在該毛細管之一末端處之一第三長度部分及在該毛細管之另一末端處之一第四長度部分，該第三長度部分第四長度部分中之每一者包含在該空芯光子晶體光纖之每一末端處界定一楔形芯區的塌陷部分，該楔形芯區界定包含其中該空芯光子晶體光纖之一空芯具有朝向該空芯光子晶體光纖之每一末端之一增大之直徑的一區。 46.   如條項38至45中任一項之光學組件，其包含： 一氣胞，其包覆該空芯光子晶體光纖；及 一氣體介質，其密封於該氣胞內。 47.   一種光學組件，其包含複數個毛細管，每一毛細管係根據如條項1至20中任一項之方法而製造。 48.   一種經組態以用於產生一寬頻帶輸出之寬頻帶光源器件，其包含： 如條項38至47中任一項之光學組件。 49.   如條項48之寬頻帶光源器件，其進一步包含一泵浦雷射，該泵浦雷射用於輸出複數個泵浦脈衝以激發該空芯光子晶體光纖內所含有之一氣體介質以用於超連續譜產生。 50.   如條項48或49之寬頻帶光源器件，其中該寬頻帶輸出包含200nm至2000nm之一波長範圍，或在此範圍內之一子範圍。 51.   一種度量衡器件，其包含如條項48至50中任一項之寬頻帶光源器件。 52.   如條項51之度量衡器件，其中該度量衡器件可操作為散射計度量衡裝置。 53.   如條項51之度量衡器件，其中該度量衡器件可操作為一位階感測器或一對準感測器。 54.   一種微影裝置，其包含用於執行對準及/或位階量測度量衡的如條項53之至少一個該度量衡器件。 55.   一種微影製造單元，其包含如條項53之微影裝置及如條項52之度量衡器件。
儘管可在本文中特定地參考在IC製造中微影裝置之使用，但應理解，本文中所描述之微影裝置可具有其他應用。可能之其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。
儘管可在本文中特定地參考在微影裝置之內容背景中之本發明之實施例，但本發明之實施例可用於其他裝置中。本發明之實施例可形成光罩檢測裝置、度量衡裝置或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或光罩(或其他圖案化器件)之物件之任何裝置之部分。此等裝置通常可被稱作微影工具。此微影工具可使用真空條件或環境(非真空)條件。
儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但應瞭解，本發明在內容背景允許之情況下不限於光學微影且可用於其他應用(例如壓印微影)中。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述方式不同之其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
2:寬頻帶輻射投影儀 4:光譜儀偵測器 6:光譜 8:剖面 10:空芯區 20:內部包層區 21:反共振元件(ARE) 22:支撐管 30:外部包層區 100:寬頻帶光源器件 101:空芯光子晶體光纖(HC-PCF) 102:氣胞 103a:輸入光學窗 103b:輸出光學窗 110:泵浦雷射 111:泵浦脈衝串/泵浦雷射脈衝 120:光學組件 130:光學診斷器件 900:毛細管 910:毛細管之第一部分 920:毛細管之第二部分 930:泵浦輻射 940:轉變點/區 1000:步驟 1010:步驟 1020:步驟 1030:步驟 1121:反共振元件(ARE)/毛細管 1125:塌陷末端 1130:外部包層 1135:蝕刻劑 1140:入口 1200:步驟 1201:步驟 1202:步驟 1203:步驟 1204:步驟 1205:步驟 1206:步驟 1207:步驟 AM:對準標記 ANG:入射角 AS:對準感測器 B:輻射光束 BD:光束遞送系統 BE1:輻射光束/量測光束 BE2:箭頭 BK:烘烤板 C:目標部分 CH:冷卻板 CL:電腦系統 D:最小橫向芯尺寸/反共振元件(ARE)直徑 DE:顯影器 DET:偵測器 DGR:偵測光柵 d:最小橫向反共振元件(ARE)尺寸/內徑 HC-PCF:空芯光子晶體光纖 IB:資訊攜載光束 IF:位置量測系統 IL:照明系統/照明器 I/O1:輸入/輸出埠 I/O2:輸入/輸出埠 LA:微影裝置 LACU:微影控制單元 LB:裝載匣 LC:微影製造單元 LS:高度感測器/位階感測器 LSB:輻射光束 LSD:偵測單元 LSO:輻射源 LSP:投影單元 M1 :光罩對準標記 M2 :光罩對準標記 MA:圖案化器件/光罩 MLO:量測位置/量測區域 MT:光罩支撐件/度量衡工具/散射計 OL:物鏡 P1 :基板對準標記 P2 :基板對準標記 PD:光偵測器 PGR:投影光柵 PM:第一定位器 PS:投影系統 PU:處理單元 PW:第二定位器 RB:輻射光束 RO:基板處置器或機器人 RSO:輻射源 SC:旋塗器 SCS:監督控制系統 SC1:第一標度 SC2:第二標度 SC3:第三標度 SI:強度信號 SM:光點鏡面 SO:輻射源 SP:照明光點 SRI:自參考干涉計/區塊 TCU:塗佈顯影系統控制單元 t:壁厚度/參數 t1 :厚度 t2 :厚度 W:基板 WT:基板支撐件
現在將僅作為實例參看隨附示意性圖式來描述本發明之實施例，在該等圖式中： -  圖1描繪微影裝置之示意性綜述； -  圖2描繪微影製造單元之示意性綜述； -  圖3描繪整體微影之示意性表示，其表示用以最佳化半導體製造之三種關鍵技術之間的合作； -  圖4描繪根據本發明之實施例的可包含輻射源的用作度量衡器件之散射量測裝置之示意性綜述； -  圖5描繪根據本發明之實施例的可包含輻射源之位階感測器裝置的示意性綜述； -  圖6描繪根據本發明之實施例的可包含輻射源之對準感測器裝置的示意圖綜述； -  圖7示意性地描繪用於超連續譜產生之多個HC-PCF設計的橫向橫截面； -  圖8示意性地描繪呈已知組態的以充氣HC-PCF為基礎之寬頻帶光源器件； -  圖9示意性地描繪根據一實施例的具有非均勻壁厚度之毛細管； -  圖10為描述根據一實施例的用於製造毛細管之方法的流程圖； -  圖11示意性地描繪具有塌陷毛細管末端之HC-PCF，其說明根據一實施例之蝕刻步驟；及 -  圖12為(a)描繪根據一實施例之蝕刻法的流程圖，及(b)以圖形方式描繪圖12之(a)之方法的曲線圖。
900:毛細管
910:毛細管之第一部分
920:毛細管之第二部分
930:泵浦輻射
940:轉變點/區
t1:厚度
t2:厚度

Claims (15)

  1. 一種用於製造可用作一空芯(hollow-core)光子晶體光纖之部分的一毛細管(capillary)之方法，該方法包含：獲得具有包含一第一壁厚度之毛細管壁之一毛細管；化學蝕刻該等毛細管壁以減小該毛細管壁之該壁厚度；及在執行該蝕刻步驟期間，沿著該毛細管之長度局部地(locally)改變一控制參數，該控制參數與該蝕刻步驟中所使用之一蝕刻劑之反應性(reactivity)有關，以便沿著該毛細管長度控制該毛細管壁之該經蝕刻壁厚度。
  2. 如請求項1之方法，其中該改變一控制參數包含：在該蝕刻步驟期間控制局部溫度，且視情況，該方法進一步包含沿著該毛細管長度自一蝕刻劑入口至一蝕刻劑出口增加該溫度。
  3. 如請求項1之方法，其中該蝕刻劑係感光性的，且該改變一控制參數包含控制可操作以照明該蝕刻劑之一額外輻射源之輻射強度，且視情況，該方法進一步包含沿著該毛細管長度自一蝕刻劑入口至一蝕刻劑出口增加該輻射強度。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其包含根據一控制參數剖面改變該控制參數，該控制參數剖面相對於該毛細管長度界定用於該控制參數之一應用局部值。
  5. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該改變該控制參數包含：改變該控制參數以界定遍及該毛細管長度之至少一部分之一大體上均勻的第一經蝕刻壁厚度。
  6. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該改變該控制參數包含：改變該控制參數以界定遍及該毛細管長度之一非均勻的經蝕刻壁厚度。
  7. 如請求項6之方法，其中該非均勻的經蝕刻壁厚度包含遍及該毛細管長度之一第一部分之一第一經蝕刻壁厚度及遍及該毛細管長度之一第二部分之一第二經蝕刻壁厚度。
  8. 一種製造一空芯光子晶體光纖之方法，其包含：執行如請求項1至7中任一項之方法以在一空芯周圍製造複數個毛細管以形成一空芯光子晶體光纖總成(assembly)。
  9. 如請求項8之方法，其中該局部改變一控制參數包含：局部改變一控制參數以改良該等毛細管沿著其長度之一局部分散剖面(dispersion profile)，以實現自該空芯光子晶體光纖之經最佳化超連續譜(supercontinuum)產生。
  10. 如請求項8之方法，其包含：在執行該蝕刻步驟之前，密封該複數個毛細管中之每一者之至少一 個末端使得僅存在一單一蝕刻劑路徑，其中蝕刻劑不被容許進入該等毛細管。
  11. 一種光學組件，其包含：一空芯光子晶體光纖，其中：該空芯光子晶體光纖包含複數個毛細管，該等毛細管中之每一者之長度包含具有一第一壁厚度之一第一長度部分及具有一第二壁厚度之一第二長度部分；該第一長度部分及該第二長度部分各自具有一大體上(substantially)均勻的毛細管內徑。
  12. 如請求項11之光學組件，其中該第一長度部分及該第二長度部分各自具有大體上相同的毛細管內徑。
  13. 如請求項11或12之光學組件，其中該第二長度部分對應於該空芯光子晶體光纖之用於接收泵浦輻射的一入口端，且該第二壁厚度厚於該第一壁厚度。
  14. 一種經組態以用於產生一寬頻帶輸出之寬頻帶光源器件，其包含：如請求項11至13中任一項之光學組件。
  15. 一種度量衡器件，其包含如請求項14之寬頻帶光源器件。
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